Rozdílnosti jednotlivých variant dřevěných skeletových staveb

Lehký dřevěný skelet se v tuzemsku vyskytuje převážně ve dvou variantách, a to Platform Frame System a Balloon Frame System, přičemž nejvíce uplatňovaný je Platform Frame System. Vždy se však jedná o konstrukci, která je opláštěná a chráněná jiným materiálem. Těžký dřevěný skelet lze použít stejně jako nosný systém lehkého skeletu uvnitř konstrukce např. obvodové stěny. Větší uplatnění, hlavně z pohledu architektonického, nastává při použití tohoto skeletu jako viditelné konstrukce v interiéru či exteriéru. Podívejme se na možnosti a specifika těchto dvou skeletových variant nejprve z obecného hlediska.

Tento skelet je charakteristický průběžnými nosnými sloupy skrze více podlaží, na které jsou zavěšeny stropní nosníky (viz obr. 1). Vznikl v první polovině 19. století v USA. Díky průběžným sloupům dává LDS nejlepší možnosti pro řešení problematického místa, jako je stropní uzávěra z pohledu v současnosti velmi sledované a řešené tepelně-vlhkostní problematiky.

Tato skeletová konstrukce s klasickým např. vaznicovým krovem je bezesporu nejvíce rozšířeným systémem pro stavbu dřevěných domů v ČR (viz obr. 4). Výhody a specifika tohoto systému využívají v různých modifikacích všichni přední výrobci formou staveništní montáže, nebo mají výrobu postavenu na prefabrikaci, kterou umožňuje uspořádání nosné konstrukce stěna/strop/stěna (viz obr. 2). Podle amerického vzoru se typická forma LDS realizuje s lehkou krovovou konstrukcí, kde je typická konstrukční vrcholová vaznička a krokev kotvená do stropních nosníků, viz realizace podle návrhu doc. Ing. Vladimíra Bílka, CSc., na obr. 5. Volba systému závisí na jednoduchosti a rychlosti montáže. Zkušenost z této stavby ukazuje, že uvedený systém, který je v USA efektivní, může být v tuzemsku naopak efektivní méně, než je realizace klasické krovové konstrukce.

 

Toto ovlivňují dva faktory. Prvním je možnost použití CNC obráběcího centra k zefektivnění opracování složitější konstrukce klasického vaznicového krovu. Druhým faktorem je nezkušenost českých tesařů a jistá „neobratnost“ při realizaci. Tu lze eliminovat četností zhotovených realizací.

Těžký d řevěný skelet ( TDS) se vyznačuje svojí velkou dispoziční variabilitou a bezesporu se jedná o systém pro opravdové mi lovníky dřevěného stavění. Těžké masivní trámoví dává možnost vyniknout architektuře konstrukce, kterou LDS nenabídne, a díky jistým statickým výhodám má velký potenciál využití ve vícepodlažní a občanské výstavbě – tímto směrem se také orientuje v ýzkum v oblasti dřevostaveb na českých vysokých školách. TDS má také velkou tradici v USA a je spojován s postupně vymírajícím tesařským uměním používaným pro stavbu typických domů nazývaných Timber Frame Houses. Opírá se o perfektně manuálně zpracované tesařské styčníky. Z tohoto pohledu lze historickou inspiraci hledat i v jiných kontinentech. Např. klasické japonské či čínské umění dřevěných staveb bylo do dokonalosti zvládnuto již před několika stoletími a předává se z generace na generaci. Ohlédnutí za tímto uměním vyvolává hluboký pocit pokory i v současnosti – inspirující je např. stavba dřevěné pagody z roku 1056 o výšce cca 51 m ve městě Yingxian (viz obr. 3). Tyto stavby se realizovaly pouze na základě zkušeností a potvrzují, že několikapodlažní dřevěná skeletová budova je již staletími ozkoušený stavebný systém.

 

Těžké dřevěné skelety s nosnou konstrukcí umístěnou do interiéru (viz obr. 6) představují z pohledu tepelně-technického, životnosti a údržby vhodnější variantu než TDS s nosnou konstrukcí umístěnou do exteriéru (viz obr. 7). Zásadně bych se však vyhnul slovu lepší, jelikož se nabízejí velké architektonické možnosti pro řešení fasády těchto staveb. Skelet umístěný uvnitř budovy naproti tomu dává interiéru nenahraditelnou atmosféru. Pro konstrukce těžkých dřevěných skeletů je stěžejní řešení jednotlivých styčníků, což samozřejmě zásadně ovlivňuje již zmiňované architektonické řešení konstrukce.

Dřevěné skeletové systémy lze výrobně rozdělit na konstrukce stavěné staveništní variantou

(in situ) a konstrukce prefabrikované (myšleno panely předpřipravené ve výrobní hale). Mezistupněm těchto dvou variant je příprava jednotlivých prvků konstrukce „ručně“ či na CNC obráběcím centru ve výrobně a jejich „sesazení“ ve výslednou konstrukci na stavbě. Rozhodnutí a důvody, zda volit tu či onu výrobní variantu, ovlivňuje řada faktorů. Pokud se v oboru dřevostaveb jedná o velkou společnost, v ČR a obecně i v Evropě převažuje varianta prefabrikace ve výrobní hale. V USA i velké firmy realizují stavby většinou oběma způsoby. Mezi faktory, které ovlivňují způsob výroby, patří např.: počet provedených staveb a jejich vzdálenost, kontrola kvality, snaha eliminovat výkyvy počasí, omezení sezonnosti, možnost centralizovat výrobu a tím i naskladňování materiálu po ucelených kamionech, rychlost samotné montáže na stavbě, omezení dopravy řízení stavby a řemeslníků, česká nechuť k migraci za prací atd. Obecně platí, že pokud firma realizuje po celé ČR cca 10 a více domů ročně, začne se z výše uvedených důvodů přiklánět k prefabrikaci.

 

LDS typu Platform Frame patří k nejrozšířenějším systémům mimo jiné i z důvodu nejjednodušší prefabrikace. Styky stěn, napojení stropů, řešení vzduchotěsnosti a ostatní problémy jsou již jednotlivými výrobci vyřešeny a lze konstatovat, že ve výsledku jsou v současnosti již u většiny kvalitních výrobců v dobré kvalitě řešeny a realizovány. Na druhé straně LDS typu Balloon Frame prefabrikaci obvodových konstrukcí prakticky neumožňuje.

 

Prefabrikaci konstrukcí z velké části ovlivňuji výrobní a přepravní možnosti, stěnu vyšší než cca

3 m nelze bez markantního navýšení ceny jako normální typ nákladu přepravit a většina výrobních zařízení není na vyšší stěny uzpůsobena.

 

Prefabrikace TDS umístěného do exteriéru je z mého pohledu výrobce, zabývajícího se těžkými dřevěnými skelety, relativně obtížná a nese s sebou řadu úskalí. Nabízí se varianta prefabrikování celých stěn se zabudováním prvků těžkého skeletu. Ale náročnost na přesnost a možnosti montáže celých stěnových sestav v návaznosti na styčníky stropní konstrukce tuto variantu velmi znesnadňují. Druhou variantou je stavba samotného skeletu v první fázi a vsazování výplňových polí ve fázi druhé.

 

Prefabrikace skeletu TDS, který je uvnitř konstrukce, není nijak náročná a má mnoho společného jako prefabrikace LDS. Varianta se skeletem umístěným do interiéru je nejjednodušší. V první fázi se postaví na staveništi samotný skelet a následně jsou na něj zavěšeny stěnové panely. Jedním z úskalí, které tento typ konstrukce přináší, je zajištění vzduchotěsnosti a parotěsnosti styků, jež jsou kontaktně napojeny na těžký skelet. Těmto detailům je třeba věnovat velkou pozornost a je nutné mít pro každý závěsný panel již ve fázi projektu rozmyšlen způsob montáže. Toto však platí pro prefabrikaci obecně. Z pohledu doby výstavby jednotlivých variant nelze hledat markantní rozdíly. Samotná montáž LDS bude vždy o něco méně náročná než montáž TDS, ať již se jedná o staveništní nebo prefabrikovanou variantu. To se však projeví v řádech dnů, což na samotnou dobu výstavby a cenu stavby jako celku nemá výraznější vliv. Z pohledu samotné montáže na staveništi je prefabrikovaná stavba oproti staveništní řádově o 2–7 týdnů rychlejší s ohledem na stupeň prefabrikace.

Náročnost jednotlivých variant na dřevní hmotu se liší v jednotkách procent. TDS potřebuje větší a masivnější hranoly pro samotnou nosnou konstrukci, tuto spotřebu ale vyrovnává subtilnější materiál použitý pro konstrukci výplňovou. Vzhledem k tomu, že na ni již nejsou kladeny statické požadavky, mohou být na výplňové konstrukce používány menší průřezy (zpravidla prvky KVH tloušťky 40 mm i méně) než u konstrukce LDS (zpravidla prvky KVH tloušťky 60 mm). U TDS je cena ovlivněna nutností používání DUO, TRIO a nejvíce BSH hranolů, které jsou oproti KVH hranolům používaných pro LDS nákladnější. Cenu TDS v případě přiznané konstrukce ovlivňuje i nutnost použití konstrukčních prvků v pohledové kvalitě. Srovnání materiálové náročnosti jednotlivých variant na konkrétní budově ukazuje tabulka 1. V celkových nákladech na nosnou konstrukci (nosné svislé konstrukce, krov, strop, OSB desky) včetně CNC opracování a montáže je TDS o 54 % nákladnější než LDS. V celkové stavbě na klíč se to projeví rozdílem 7–9 % (navýšení nákladů TDS oproti LDS).

 

U TDS cenu mimo jiné výrazně ovlivňuje volba styčníků. Z pohledu ceny je vždy výhodnější řešení pomocí tesařských styčníků se zajištěním vruty či kolíky. Opracování na CNC se pohybuje v řádu 70–90 Kč za minutu a výroba obou částí např. rybinového spoje trvá cca 3,5–5 min. (viz obr. 8). Montáž formou sesazení stavebnice je časově minimálně náročná. Cenová náročnost na takovýto spoj je tedy řádově 300–500 Kč bez montáže. V případě použití např. skryté trámové AL botky se již s pořizovací cenou dostáváme na cca 650–750 Kč a montážně se jedná o spoj s dvounásobnou až čtyřnásobnou časovou náročností než porovnávaný rybinový spoj. Cenová náročnost na spoj pomocí trámové botky se započtenou montáží hliníkového prvku (rozměření, zadlabání, připevnění – cca 0,5 h) a se stejnou přípravou jako pro sesazení rybinového spoje je tedy v řádu 800–1000 Kč. Obecně lze konstatovat, že použití ocelových spojovacích prostředků je ve srovnání s náklady na styčníky opracovaných pomocí CNC centra dražší variantou.

 

Příklad byl v rámci studie prezentován u kovového styčníku použitelného svojí nosností maximálně pro bytovou výstavbu. V případě výstavby občanské budovy by cena kovového styčníku z důvodu daleko vyššího nároku na únosnost byla násobně vyšší. Rybinový spoj průvlak/sloup se v rámci grantu GAČR 103/07/514 Dřevěné vícepodlažní budovy experimentálně ověřoval a spoj dosahoval uspokojivých výsledků při zatížení až do cca 100 KN (viz obr. 9). Do celkové ceny stavby se také v případě architektonicky přiznaného TDS promítne např. nutná povrchová úprava jednotlivých konstrukčních prvků, která je daleko náročnější než úprava celistvých ploch. U TDS přiznaného v exteriéru nelze pominout ani nutnost řešit okapové plochy klempířskými konstrukcemi.

 

Je nutné říci, že zmiňované předpoklady se vztahují k nízkopodlažní výstavbě. V případě vícepodlažní budovy začne cenové porovnání pro TDS vycházet lépe, jelikož jde o systém, u něhož se nevyskytují problémy s otlačením horizontálních konstrukčních prvků, které se musí doplňkově řešit.

 

Celý článek naleznete v archivu čísel 02/2013.